DE2713312A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF STARCH FIBERS, INSENSITIVE TO WATER - Google Patents
PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF STARCH FIBERS, INSENSITIVE TO WATERInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegen Wasser unempfindlichen Stärkefasern, die 45-1ΟΟ Gewichtsprozent Amylopektin enthalten. Die Stärke ist ein Polymer, das eine Anzahl von Anhydroglykoseeinheiten mit zwei unterschiedlichen Strukturformen enthält, nämlich Amylose mit einer linearen Kette und Amylopektin, das stark verzweigt ist. Die Eigenschaften dieser beiden Strukturformen von Stärke sind unterschiedlich und ein großer Anteil dieser Unterschiede kann auf die Affinität der Hydroxylgruppen in den betreffenden Strukturformen zurückgeführt werden. Bei Polymeren mit einer linearen Kette wie bei Amylose können sich die geradlinigen Ketten parallel zueinander ausrichten, so daß eine große Anzahl der Hydroxylgruppen entlang einer Kette sich in unmittelbarer Nähe derjenigen an benachbarten Ketten befinden. Wenn dies der Fall ist, bilden die Hydroxylgruppen Assoziationen durch Wasserstoffbindungen und die Ketten bilden in Wasser unlösliche Aggregate. In sehr verdünnten Lösungen fallen die aggregierten Ketten aus Amylose aus. In stärker konzentrierten Lösungen erfolgt eine Gelbildung. Dieser im wesentlichen kristalline Prozeß der Aus-The invention relates to a method for producing starch fibers, which are insensitive to water, are 45-1ΟΟ percent by weight Contain amylopectin. The starch is a polymer that has a number of anhydroglycose units with two different Contains structural forms, namely amylose with a linear chain and amylopectin, which is highly branched. The properties These two structural forms of starch are different and a large proportion of these differences can be due to affinity the hydroxyl groups are returned in the relevant structural forms. For polymers with a linear chain as with amylose, the straight chains can align themselves parallel to each other, so that a large number of the hydroxyl groups along a chain are in close proximity to those on adjacent chains. If this is the case, the hydroxyl groups form associations through hydrogen bonds and the chains form aggregates that are insoluble in water. The aggregated amylose chains precipitate in very dilute solutions. In more concentrated solutions one occurs Gel formation. This essentially crystalline process of formation
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richtung, Assoziation und Ausfällung oder Gelbildung wird als Rückbildung bezeichnet. Wegen der Linearität von Amylose und deren ausgesprochener Neigung zur Bildung assoziierter Aggregate ist dieses Material wasserunlöslich und bildet starke flexible Folien.direction, association and precipitation or gel formation is referred to as regression. Because of the linearity of amylose and whose pronounced tendency to form associated aggregates, this material is insoluble in water and forms strong ones flexible foils.
Im Gegensatz dazu können sich die stark verzweigten Amylopektinmoleküle nicht ohne weiteres ausrichten und assoziieren. Deshalb ist Amylopektin in Wasser löslich, welche Lösungen unter normalen Bedingungen keine Geldildung aufweisen. Jedoch kann in einigen Amylopektin enthaltenden Dispersionen nach längerer Zeit oder unter speziellen Bedingungen wie Einfrieren eine Rückbildung der genannten Art erfolgen. Hauptsächlich aufgrund dieser Unterschiede hinsichtlich der Löslichkeit der beiden Strukturformen von Stärke betreffen bekannte Vorschläge zur Herstellung von gegen Wasser unempfindlichen Stärkefasern oder Folien Stärkematerialien, die einen beträchtlichen Anteil an Amylose aufweisen. Es ist deshalb ein gemeinsames Merkmal aller bekannten, im übrigen unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von Stärkefasern (US-PS 2 902 336, 3 030 667, 3 336 und 3 116 351), Stärke mit mindestens 50 Gewichtsprozent, im allgemeinen 80-100 Gewichtsprozent Amylose zu verwenden. Die bekannten Verfahren gehen deshalb von dem linearen Amyloseanteil der Stärke aus, um die Unempfindlichkeit der Fasern gegen Wasser zu erzielen, so daß dabei vorhandenes Amylopektin als Verunreinigung behandelt wird, dessen Anwesenheit nur in kleineren Mengen zulässig ist. Bekanntlich tritt jedoch Stärke mit 80-100% Amyloseanteil nicht natürlich auf und kann nur durch Behandlungen erhalten werden, bei denen ein beträchtlicher Anteil (der Amylopektinanteil) ausgeschieden wird, so daß die gewerbliche Herstellung und Verwendung derartiger Fasern verhältnismäßig unwirtschaftlich ist.In contrast, the highly branched amylopectin molecules can not simply align and associate. That is why amylopectin is soluble in water, whatever solutions are taking show no gel formation under normal conditions. However, in some dispersions containing amylopectin after a long period of time Time or under special conditions such as freezing a regression of the type mentioned take place. Mainly due to these differences with regard to the solubility of the two structural forms of starch relate to known proposals for Manufacture of water-insensitive starch fibers or foils Starch materials that contain a considerable proportion of Have amylose. It is therefore a common feature of all known, otherwise different methods of manufacture of starch fibers (U.S. Patents 2,902,336, 3,030,667, 3,336 and 3,116,351), starch with at least 50 percent by weight, im generally 80-100 weight percent amylose to be used. The known processes therefore start from the linear amylose fraction the strength from the insensitivity of the fibers to To achieve water, so that amylopectin present is treated as an impurity, its presence only in minor Quantities is allowed. As is well known, however, starch with 80-100% amylose content does not occur naturally and can only pass through Treatments are obtained in which a significant proportion (the amylopectin portion) is excreted, so that the commercial Production and use of such fibers is relatively uneconomical.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von gegen Wasser unempfindlichen Stärkefasern anzugeben, bei dem die Anwesenheit von Amylopektin nicht nachteilig ist und keine besonders hohen Konzentrationen von linearer Amylose erforderlich sind, so daß insbesondere auch Stärke-It is therefore the object of the invention to provide a process for the production of starch fibers that are insensitive to water, in which the presence of amylopectin is not detrimental and not particularly high concentrations of linear Amylose are required, so that in particular starch
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fasern aus natürlich vorkommender Stärke in wirtschaftlicher Weise mit gutem Wirkungsgrad hergestellt werden können. Die gegen Wasser unempfindlichen Stärkefasern sollen gute mechanische Eigenschaften besitzen und sollen auch zu 100% aus Amylopektin bestehen können. Ferner soll das Verfahren das Einbringen unterschiedlicher wasserunlöslicher Materialien in die Stärkedispersion ermöglichen sowie deren Einbau in die Fasern bei deren Bildung, um damit gewünschte funktioneile Eigenschaften der fertigen Stärkefasern erzielen zu können. Die Stärkefasern sollen ferner verbesserte Eigenschaften besitzen, in diskreten Längen herstellbar sein sowie als Zusatz oder im Austausch für natürliche Cellulosefasern bei der Papierherstellung verwendbar sein.fibers from naturally occurring starch in economic Way can be produced with good efficiency. The starch fibers, which are insensitive to water, are said to have good mechanical properties Have properties and should be able to consist of 100% amylopectin. Furthermore, the procedure is intended to bring in different water-insoluble materials in the starch dispersion and their incorporation into the fibers their formation in order to be able to achieve the desired functional properties of the finished starch fibers. The starch fibers should also have improved properties, in discrete Lengths can be produced and used as an additive or in exchange for natural cellulose fibers in papermaking be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1 solved. Advantageous further training of the Invention are the subject of the subclaims.
Gemäß der Erfindung werden deshalb gegen Wasser unempfindliche Stärkefasern mit einem Amylopektingehalt zwischen etwa 45 und lOO Gewichtsprozent hergestellt, indem eine fadenförmige Strömung einer kolloidalen Dispersion der Stärke mit 5-40 Gewichtsprozent Feststoffen in ein sich bewegendes koagulierendes Bad extrudiert wird. Das verwandte koagulierende Bad enthält eine wässrige Lösung, die mindestens ein koagulierendes Salz wie Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfamat, einbasisches Ammoniumphosphat, zweibasisches Ammoniumphosphat oder Mischungen davon enthält, in der Lösung sind solche Mengen von koagulierendem Salz vorgesehen, die zumindest zum Koagulieren der Stärke ausreicht. Die Fasern können mit gewünschter Länge und Breite hergestellt werden, indem gewisse Herstellungsparameter geändert werden, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll.According to the invention, therefore, starch fibers which are insensitive to water and have an amylopectin content between about 45 and 100 percent by weight produced by a thread-like flow of a colloidal dispersion of the starch with 5-40 Weight percent solids is extruded into a moving coagulating bath. The related coagulating bath contains an aqueous solution containing at least one coagulating Salt such as ammonium sulfate, ammonium sulfamate, monobasic ammonium phosphate, contains dibasic ammonium phosphate or mixtures thereof, in the solution are such amounts of coagulating Salt provided, which is at least sufficient to coagulate the starch. The fibers can be of desired length and width are produced by changing certain production parameters, as will be explained in more detail below target.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß trotz des hohen Amylosegehalts der verwandten Stärke gemäß der Erfindung hergestellte Stärkefasern gegen Wasser unempfindlich sind und in einer Vielfalt von wässrigen Systemen ohne Verlust ihrer Integrität verwendbar sind. Unter der Bezeichnung "wasserunempfind-Surprisingly, it has been shown that despite the high amylose content of the related starch produced according to the invention are insensitive to water and are usable in a variety of aqueous systems without losing their integrity. Under the designation "water-insensitive
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liehe Fasern" ist im vorliegenden Zusammenhang zu verstehen, daß die resultierenden Fasern eine ausreichende Integrität oder Beständigkeit besitzen, die eine vollständige Trennung und Gewinnung der Fasern aus der wässrigen Aufschlämmung ermöglichen. Ferner wird die Integrität der Fasern in wässrigen Aufschlämmungen oder Dispersionen bei pH-Werten von 4,0-9,5 selbst nach Entfernung des koagulierenden Salzes aufrechterhalten, selbst bei Temperaturen von 40-72 C, welche Temperaturen von der verwandten Basisstärke abhängen. Ferner besitzen diese diskontinuierlichen Fäden eine so ausreichende Widerstandsfähigkeit und mechanische Festigkeit, daß sie in trockener Form gewonnen werden können oder als wässrige Aufschlämmung oder als nasse Schicht transportiert werden und anschließend bei üblichen Verfahren zur Papierherstellung entweder allein oder in Kombination mit natürlichen und/oder synthetischen Stapelfasern eingesetzt werden können, um Materialbahnen wie Papier, Karton oder Pappe sowie Textilien oder geformte Produkte daraus herstellen zu können.Liehe fibers "is to be understood in the present context, that the resulting fibers have sufficient integrity or Have persistence that allows complete separation and recovery of the fibers from the aqueous slurry. Furthermore, the integrity of the fibers in aqueous slurries or dispersions at pH values of 4.0-9.5 is reduced Maintain removal of the coagulating salt by yourself at temperatures of 40-72 C, which temperatures depend on the base strength used. Furthermore, these discontinuous threads have such a sufficient resistance and mechanical strength that they can be obtained in dry form or as an aqueous slurry or as a wet Layer are transported and then can be used either alone or in combination with natural and / or synthetic staple fibers in conventional paper production processes to make webs of material such as paper, cardboard or to be able to manufacture cardboard as well as textiles or molded products from it.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann jede Stärke verwandt werden, die etwa 45-1ΟΟ Gewichtsprozent Amylopektin enthält. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Verfügbarkeit werden natürlich vorkommende Stärkearten bevorzugt, die etwa 64-100% Amylopektin enthalten. Insbesondere kann Getreidestärke (64-80% Amylopektin) verwandt werden, obwohl Mais (93-100% Amylopektin), Reis (83-84% Amylopektin), Kartoffeln (etwa 78% Amylopektin), Tapioka (etwa 83% Amylopektin), Weizen (73-83% Amylopektin) etc. ebenfalls verwandt werden können. Die Mischungen der Stärkebasen sowie Mischungen fraktionierter Komponenten können ebenfalls verwandt werden, wenn diese insgesamt mindestens etwa 45% Amylopektin enthalten. Die Konzentration der Stärkefeststoffe in der Dispersion beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 4O Gewichtsprozent. Obwohl höhere Konzentrationen von Stärkefeststoffen verwandt werden können, werden dann die resultierenden Dispersionen sehr viskos, so daß spezielle Einrichtungen zur Behandlung erforderlich sind.Any starch containing about 45-1ΟΟ percent by weight amylopectin can be used in the method according to the invention contains. For reasons of economy and availability, naturally occurring types of starch are preferred contain about 64-100% amylopectin. In particular, corn starch (64-80% amylopectin) can be used, although corn (93-100% amylopectin), rice (83-84% amylopectin), potatoes (approx 78% amylopectin), tapioca (about 83% amylopectin), wheat (73-83% amylopectin) etc. can also be used. The mixtures of the starch bases and mixtures of fractionated components can also be used if they contain at least about 45% amylopectin in total. The concentration of the starch solids in the dispersion is preferably between 5 and 40 percent by weight. Although higher concentrations of starch solids can be used then the resulting dispersions are very viscous, so that special treatment facilities are required.
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Die betreffende Stärke muß in der Form einer kolloidalen Dispersion verwandt werden. In diesem Zusammenhang bedeutet die Bezeichnung "kolloidale Dispersion" eine Dispersion von Stärke, die praktisch frei von Körnchen ist und bei der Temperatur, bei der sie eingesetzt werden soll, praktisch keine Gelbildung oder Ausfällung zeigt. Dieser Dispersionszustand kann durch unterschiedliche Verfahrensmaßnahmen erzielt werden, die von der verwandten Stärkebasis, dem gewünschten Endverbrauch und der verfügbaren Einrichtung abhängen. Wenn Stärke mit einem hohen Amylopektingehalt wie beispielsweise Maisstärke verwandt wird, kann eine geeignete kolloidale Dispersion dadurch hergestellt werden, daß die Stärke in Wasser gründlich gekocht wird, wobei keine chemischen Zusatzstoffe oder Modifikationen benötigt werden. In den meisten Fällen, bei denen Stärke mit weniger als etwa 95% Amylopektingehalt verwandt wird, ist eine chemische Derivatbildung oder Modifikation der Stärke erforderlich, um deren kolloidale Dispersion vor dem Zusatz zu dem wässrigen System zu gewährleisten. Die Derivatbildung oder Modifikation wird in einem Ausmaß durchgeführt, das die Herstellung der gewünschten kolloidalen Dispersion gewährleistet, ohne daß die Eigenschaft· der Stärke beeinflußt wird, danach ausgefällt werden zu können. Wenn andererseits Alaklien in dem System vorhanden sein dürfen, können derartige Stärken in einer wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder dergleichen Alkalien dispergiert werden. Ferner kann die Stärkebasis auch in einer kleineren Menge eines organischen Lösungsmittels wie Dime thylsu If oxid dispergiert und dann Wasser zugesetzt werden, oder die Stärke kann in Verbindung mit chemischen Zusatzstoffen wie Harnstoff und/oder Paraformaldehyd dispergiert werden. Bei Verwendung von Alkalien muß die verwandte Alkalimenge für eine adäquate Dispersion der Stärke ausreichend sein. Typische Alkalimengen bei Verwendung von Natriumhydroxid sind 15-40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Stärke.The starch concerned must be used in the form of a colloidal dispersion. In this context the means Term "colloidal dispersion" a dispersion of starch that is practically free of granules and at the temperature at which it is to be used shows practically no gel formation or precipitation. This state of dispersion can be caused by different Process measures can be achieved depending on the starch base used, the desired end use and the available facility. When starch with a high amylopectin content such as corn starch is used, a suitable colloidal dispersion can thereby be prepared require that the starch is thoroughly boiled in water with no chemical additives or modifications being required. In most of the cases where starch with less than about 95% amylopectin content is used, it is a chemical one Derivative formation or modification of the starch is required to ensure its colloidal dispersion prior to addition to the aqueous system to ensure. The derivative formation or modification is carried out to an extent that ensures the preparation of the desired colloidal dispersion without the Property · the strength is influenced to be able to be precipitated afterwards. On the other hand, if there is Alaklia in the system such starches can be in an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide or similar alkalis be dispersed. Furthermore, the starch base can also be used in a smaller amount of an organic solvent such as Dime thylsu If oxide dispersed and then water added, or the starch can be combined with chemical additives such as urea and / or paraformaldehyde are dispersed. When using alkalis, the amount of alkali used for An adequate dispersion of the starch will be sufficient. Typical amounts of alkali when using sodium hydroxide are 15-40 percent by weight, based on the weight of the starch.
Bei der Herstellung der Stärkedispersion wird die Stärke des dispergierenden Mediums zugesetzt und stark umgerührt, bis der Zustand einer kolloidalen Dispersion erzielt wird. Im FalleWhen preparing the starch dispersion, add the starch to the dispersing medium and stir vigorously until the state of a colloidal dispersion is achieved. In the event of
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verdünnter Dispersionen von Stärke (etwa 5-10 Gewichtsprozent Stärkefeststoffe) werden dazu etwa 45 Minuten benötigt, während eine längere Zeit und/oder eine gemäßigte Erhitzung für Stärkedispersionen mit höherer Konzentration oder für gewisse chemisch modifizierte Stärkebasen erforderlich ist.dilute dispersions of starch (about 5-10 weight percent starch solids) are required for about 45 minutes while extended time and / or moderate heating for starch dispersions with a higher concentration or for certain chemically modified starch bases is required.
Die meisten Stärkedispersionen, einschließlich der durch Kochen von Mais und den meisten der chemisch modifizierten Stärkearten hergestellten Stärkedispersionen können auf Raumtemperatur vor der Einführung in das koagulierende Bad abgekühlt werden. Im Falle einiger wenig chemisch modifizierter Stärkearten wird es vorgezogen, die Dispersionen etwa bei den erhöhten Temperaturen zu verwenden, bei denen sie hergestellt werden, um die kolloidale Dispersion beizubehalten und eine Faserherstellung mit gutem Wirkungsgrad zu ermöglichen.Most starch dispersions, including the through Cooking corn and most of the chemically modified starches Starch dispersions prepared can be brought to room temperature cooled prior to introduction into the coagulating bath. In the case of some little chemically modified starches it is preferred to use the dispersions at about the elevated temperatures at which they are made maintain the colloidal dispersion and enable fiber production with good efficiency.
Das koagulierende Bad zur Herstellung der Stärkefasern enthält eine wässrige Lösung von spezifischen Ammoniumsalzen der Gruppe Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfamat, einbasischem und zweibasischem Ammoniumphosphat sowie Mischungen davon. Es ist auch möglich, die erwähnten funktionellen Salze mit anderen verträglichen Salzen zu kombinieren, die eine Stärkeausfällung verursachen, um damit eine zufriedenstellende Koagulation und ein fasriges Produkt herzustellen. Geeignete Salze für diesen Zweck sind beispielsweise Ammoniumpersulfat, Amineniumkarbonat, Ammoniumbromid, Ammoniumdisulfit, Ammoniumnitrit, Ammoniumnitrat, Ammoniumbikarbonat, Ammoniumoxalat, Natrium und Kaliumchlorid, Natrium und Kaliumsulfat. Im allgemeinen ergibt sich kein Vorteil bei Verwendung dieser zusätzlichen Salze, da das Ammoniumsulfat, die Sulfamat- oder Fhosphatsalze trotzdem in der betreffender. Mindestmenge vorhanden sein müssen, durch die die Koagulation bewirkt wird. Das Vorhandensein beträchtlicher Mengen anderer Salze kann jedoch dann wünschenswert sein, wenn das Koagulationsbad rezirkuliert wird,indem in situ erzeugte Salze vorhanden sind, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll. Die minimale Konzentration des für die Koagulation erforderlichen Salzes sowie das bevorzugte salz oder die bevorzugte Salzmischung hängen von der speziell verwandten Stär-The coagulating bath for the production of the starch fibers contains an aqueous solution of specific ammonium salts from the group of ammonium sulfate, ammonium sulfamate, monobasic and dibasic ammonium phosphate and mixtures thereof. It is also possible to use the mentioned functional salts with others to combine compatible salts, which cause a starch precipitation, in order to achieve a satisfactory coagulation and to produce a fibrous product. Suitable salts for this purpose are, for example, ammonium persulfate, aminenium carbonate, Ammonium bromide, ammonium disulfite, ammonium nitrite, ammonium nitrate, ammonium bicarbonate, ammonium oxalate, sodium and potassium chloride, Sodium and potassium sulfate. In general it arises No advantage when using these additional salts, since the ammonium sulfate, the sulfamate or phosphate salts are still in the one in question. Minimum quantity must be available through which the coagulation is effected. However, the presence of significant amounts of other salts may be desirable when the coagulation bath is recirculated in that salts generated in situ are present, as will be explained in more detail below target. The minimum concentration of salt required for coagulation, as well as the preferred salt or preferred Salt mixture depend on the specially used starch
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kebasis ab. Beispielsweise im Falle von Maisstärke ist Ammoniumsulfat in Mengen von mindestens 35 Gewichtsprozent der Gesamtlösung erforderlich, Ammoniumsulfat 72% (Sättigung), zweibasisches Ammoniumphosphat 37% und einbasisches Ammoniumphosphat 40%. Im Falle von Getreidestärke oder dergleichen Stärkearten, die etwa 64-80% Amylopektin enthalten, kann eine geringere Salzkonzentration verwandt werden, beispielsweise 20% Ammoniumsulfat, 50% Ammoniumsulfamat, 25% einbasisches Ammoniumphosphat oder 30% zweibasisches Ammoniumphosphat.kebasis. For example in the case of corn starch is ammonium sulfate Required in amounts of at least 35 percent by weight of the total solution, 72% ammonium sulfate (saturation), dibasic Ammonium phosphate 37% and monobasic ammonium phosphate 40%. In the case of corn starch or similar starches that contain about 64-80% amylopectin, a lower salt concentration can be used are used, for example 20% ammonium sulfate, 50% ammonium sulfamate, 25% monobasic ammonium phosphate or 30% dibasic ammonium phosphate.
In dem koagulierenden Bad werden alkalische Salze erzeugt, wenn alkalische Stärkedispersionen verwandt werden, wobei eine zufriedenstellende Herstellung der Stärkefasern andauert, bis der Betrag des erzeugten Salzes relativ hoch ist. Die Toleranzgrenze für die Salzerzeugung, oberhalb der die Herstellung von Fasern nicht mehr ausreichend ist, hängt insbesondere davon ab, welches spezielle Salz verwandt wird, wie groß die gesamte Feststoffmenge des Salzes ist, wie groß die Konzentration der Stärke in der Dispersion ist sowie von dem Anteil von Amylopektin in der Stärkebasis. Sobald diese Toleranzgrenze für das Salz bestimmt ist, kann ein Gleichgewichtszustand bei diesem maximalen Niveau (oder darunter) durch den periodischen Zusatz von Ammoniumsulfat auf einer kontinuierlichen Basis erzielt werden. Wenn beispielsweise Natriumhydroxid als dispergierendes Medium verwandt wird und die Stärkemischung in ein koagulierendes Bad mit Ammoniumsulfat extrudiert wird, wird Natriumsulfat erzeugt. In diesem Fall wurde festgestellt, daß die Herstellung von Fasern aus Getreidestärke (Dispersion mit 13% Feststoffen) mit einer zufriedenstellenden Ausbeuce andauert, bis ein Maximum von etwa 70 Teilen Natriumsulfat pro 30 Teilen Ammoniumsulfat (Lösung mit 44% Feststoffen) in dem Bad vorhanden ist. Über diesem Anteil an Natriumsulfat wird der Wirkungsgrad bei der Herstellung von Stärkefasern geringer und die resultierenden Fasern zeigen eine Tendenz zum Verlust ihrer Integrität. Durch Zusatz einer kleinen Menge einer anorganischen Säure zu dem anfänglichen Koagulationsbad oder zu dem Bad während der Bildung der Fasern kann jedoch der Anteil des erzeugten Salzes in demIn the coagulating bath, alkaline salts are produced, if alkaline starch dispersions are used, a satisfactory production of the starch fibers continues until the amount of salt produced is relatively high. The tolerance limit for salt production, above which the production of Fibers is no longer sufficient, depends in particular on which special salt is used, how large the total amount of solids of the salt is the concentration of the starch in the dispersion and the proportion of amylopectin in the starch base. As soon as this tolerance limit for the salt is determined, a state of equilibrium at this maximum can be reached Level (or below) can be achieved by the periodic addition of ammonium sulfate on a continuous basis. For example, if sodium hydroxide is used as the dispersing medium is used and the starch mixture is extruded into a coagulating bath with ammonium sulfate, sodium sulfate is produced. In this case it was found that the production of fibers from corn starch (dispersion with 13% solids) with a satisfactory exhaustion lasts to a maximum of about 70 parts of sodium sulfate per 30 parts of ammonium sulfate (44% solids solution) is present in the bath. About this Proportion of sodium sulfate becomes the manufacturing efficiency of starch fibers are lower and the resulting fibers tend to lose their integrity. By Adding a small amount of an inorganic acid to the initial coagulation bath or to the bath during formation of the fibers, however, the proportion of the salt produced in the
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System beträchtlich ansteigen, bevor die Herstellung der Fasern wesentlich beeinträchtigt wird. Deshalb kann bei dem hier beschriebenen Beispiel der Zusatz von lediglich drei Teilen Schwefelsäure pro 100 Teilen der anfänglichen Salzmenge in dem koagulierenden Bad gewährleisten, daß sich eine Toleranzgrenze von 90 Teilen Natriumsulfat pro 10 Teilen Ammoniumsulfat ergibt, wodurch die Lebensdauer des koagulierenden Bads erhöht wird.System increase considerably before the manufacture of the fibers is significantly impaired. Therefore, in the example described here, only three parts of sulfuric acid can be added per 100 parts of the initial amount of salt in the coagulating bath ensure that there is a tolerance limit of 90 parts of sodium sulfate per 10 parts of ammonium sulfate, thereby increasing the life of the coagulating bath will.
Die zur Faserherstellung verwandte Salzlösung kann rezirkuliert werden und nach Entfernung der Fasern erneut verwandt werden. In diesem Zusammenhang verursachen Stärkedispersionen, die keine Alkalien enthalten, keine wesentlichen Schwierigkeiten bei der Rezirkulation, weil dabei lediglich die Feststoffkonzentration des Salzes aufrechterhalten werden muß. Bei der Verwendung alkalischer Stärkedispersionen treten dagegen chemische Reaktionen mit der koagulierenden Lösung auf. Wenn beispielsweise Ammoniumsulfat verwandt wird, führt die Reaktion zur Bildung von Ammoniumgas und Natriumsulfat. Die Rezirkulation eines derartigen Systems kann verlängert werden, indem das Ammoniak in einem Säure-Skrubber zurückgewonnen und dem System als Ammoniumsulfat wieder zugegeben wird. Das erzeugte Natriumsulfat kann in dem koagulierenden Bad als Teil der Salzmischung verwandt werden, bis die erwähnten Toleranzgrenzen erreicht werden, oder kann als Rohmaterial bei Pulpe oder Papierher stellungsverfahren z.B. als Salzkuchen bei der Herstellung von Kraft-Pulpe verwandt werden.The salt solution used for fiber production can be recirculated and used again after the fibers have been removed will. In this connection, starch dispersions which do not contain alkalis do not cause any significant difficulties in the case of recirculation, because only the concentration of solids is involved of the salt must be maintained. When using alkaline starch dispersions, on the other hand, chemical ones occur Reactions with the coagulating solution. For example, if ammonium sulfate is used, the reaction will result for the formation of ammonium gas and sodium sulfate. The recirculation of such a system can be extended by the ammonia is recovered in an acid scrubber and added back to the system as ammonium sulfate. That generated Sodium sulfate can be included in the coagulating bath as part of the salt mixture can be used until the tolerance limits mentioned are reached, or can be used as raw material for pulp or papermaking production process e.g. as a salt cake during production used by Kraft pulp.
Stärkefasern können bei irgendeiner Temperatur hergestellt werden, bei der die Stärkedispersion verarbeitet werden kann. Im allgemeinen wird das koagulierende Bad etwa auf Raumtemperatur (etwa 200C) gehalten, obwohl Temperaturen bis zu etwa 70°C verwandt werden können. Diese höheren Temperaturen können unter gewissen Bedingungen wünschenswert sein, da sie die Löslichkeit des Salzes in dem koagulierenden Bad erhöhen, so daß stärker konzentrierte Lösungen hergestellt werden können. Wenn es deshalb erwünscht ist, Fasern aus Maisstärke unter Verwendung von einbasischem Ammoniumsulfat herzustellen, ist es zweckmäßig,Starch fibers can be made at any temperature at which the starch dispersion can be processed. In general the coagulating bath to about room temperature (about 20 0 C.), although temperatures can be used up to about 70 ° C. These higher temperatures may be desirable under certain conditions as they increase the solubility of the salt in the coagulating bath so that more concentrated solutions can be made. Therefore, when it is desired to produce fibers from corn starch using monobasic ammonium sulfate, it is appropriate to
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die Temperatur des Bades so zu erhöhen, daß eine Salzkonzentration von etwa 40% (der Sättigungsbetrag für das einbasische Ammoniumphosphat beträgt bei 20°C 28%) erhalten wird.raise the temperature of the bath so that a salt concentration of about 40% (the amount of saturation for the monobasic ammonium phosphate is 28% at 20 ° C).
Bei der Herstellung der Stärkefasern nach einem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Stärkedispersion kontinuierlich oder tropfenweise in der Form einer fadenförmigen Strömung in die sich bewegende koagulierende Salzlösung eingeführt. Diese Einführung kann entweder von oberhalb oder von der Unterseite der Salzlösung her erfolgen unter Verwendung an sich bekannter Einrichtungen. Die Dispersion kann beispielsweise durch eine Vorrichtung extrudiert werden, die mindestens eine Öffnung aufweist, beispielsweise durch eine Mehrlochdüse, einen Injektor oder durch eine unterteilte Zuführleitung (biuret) . Wahlweise kann die Dispersion durch Überdruck aus einer Leitung mit einer Anzahl von Öffnungen in einen umgebenden abgeschlossenen Bereich herausgedrückt werden, z.B. in eine konzentrische Rohrleitung, welche das sich bewegende koagulierende Bad enthält. Es können deshalb zahlreiche Abwandlungen dieses Verfahrens vorgesehen werden und die Fasern können entweder chargenweise oder durch ein kontinuierliches Verfahren hergestellt werden.In the manufacture of the starch fibers by a method according to the invention, the starch dispersion becomes continuous or dropwise in the form of a thread-like flow in the moving coagulating saline solution was introduced. This introduction can either be from above or from below the saline solution are carried out using devices known per se. The dispersion can, for example, by a Device are extruded, which has at least one opening, for example through a multi-hole nozzle, an injector or through a subdivided supply line (biuret). Optionally, the dispersion by overpressure from a line with a Number of openings are pushed out into a surrounding closed area, e.g. in a concentric pipe, which contains the moving coagulating bath. Numerous modifications of this method can therefore be envisaged and the fibers can be made either batchwise or by a continuous process.
Bei allen Verfahren dieser Art wird die koagulierende Salzlösung in einem Strömungszustand gehalten, wenn die Stärkedispersion eingeführt wird, und die Richtung der beiden Strömungen kann auch dazu verwandt werden, die Länge und den Durchmesser oder die Breite der Fasern zu steuern. Wenn die Strömungsrichtung der Salzlösung im wesentlichen die gleiche Richtung wie diejenige der Stärkedispersion aufweist, können relativ runde Fasern hergestellt werden. Wenn die Stärkedispersion unter einem Winkel von etwa 90° in die Strömung der Salzlösung eingeführt wird, können flachere Fasern hergestellt werden. Im allgemeinen werden Öffnungen von 10-500 Mikron Durchmesser vorgezogen, insbesondere wenn die Fasern für die Papierherstellung verwandt werden sollen.In all of the methods of this type, the coagulating saline solution is kept in a state of flow when the starch is dispersed is introduced, and the direction of the two currents can also be used to determine the length and diameter or to control the width of the fibers. When the direction of flow of the saline solution is essentially the same direction like that of the starch dispersion, relatively round fibers can be produced. When the starch dispersion is below When introduced into the saline flow at an angle of approximately 90 degrees, flatter fibers can be made. in the Generally, openings 10-500 microns in diameter are preferred, particularly when the fibers are used for papermaking should be used.
Es ist ferner möglich, die Länge und Breite der Fasern durch Änderung der relativen Strömungsgeschwindigkeiten der beiden flüssigen Komponenten zu beeinflussen. Wenn beispiels-It is also possible to adjust the length and width of the fibers by changing the relative flow velocities of the affect both liquid components. If for example
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weise die Stärkedispersion durch eine Öffnung mit 337 Mikron extrudiert wird, und wenn das Verhältnis der Geschwindigkeit der Salzlösung zu der Geschwindigkeit der Stärkedispersion 0,92 beträgt, können Fasern mit einem Durchmesser von 610 Mikrometer hergestellt werden. Bei Erhöhung des Verhältnisses der Geschwindigkeit auf 2,985 (wenn alle anderen Parameter konstant gehalten werden) können Faserdurchmesser von durchschnittlich etwa 113 Mikrometer hergestellt werden. Entsprechende Beziehungen ergeben sich im Hinblick auf die Länge der Fasern, die bei praktischen Versuchen mit Längen zwischen 0,05 mm und 16 cm hergestellt wurden. Wenn die hergestellten Stärkefasern für die Papierherstellung verwandt werden sollen, ist es im allgemeinen wünschenswert, Faserlängen von etwa 0,1-3,0 mm mit Breiten von 10-500 Mikrometer herzustellen.wise the starch dispersion through a 337 micron opening is extruded, and when the ratio of the speed the saline solution to the rate of starch dispersion 0.92, fibers with a diameter of 610 microns can be used getting produced. When increasing the ratio of the speed to 2.985 (if all other parameters are constant can be kept) fiber diameters of average about 113 microns can be produced. Corresponding relationships arise with regard to the length of the fibers, which were produced in practical tests with lengths between 0.05 mm and 16 cm. When the manufactured starch fibers To be used for papermaking, it is generally desirable to use fiber lengths of about 0.1-3.0 mm Manufacture widths of 10-500 microns.
Die Länge, die Querschnittsfläche und die Konfiguration der Fasern hängen von einer Anzahl von weiteren Parametern neben den bereits erwähnten Faktoren ab. Beispielsweise sind die Viskosität, der Feststoffgehalt der Stärkedispersion sowie die speziellen in der koagulierenden Lösung und/oder der Stärkedispersion verwandten Komponenten zusätzliche Faktoren, die in Verbindung mit den bereits beschriebenen Parametern verwandt werden können, um die Abmessungen der Fasern zu steuern. Je nach dem Verwendungszweck der Fasern können unterschiedliche Gewinnungsverfahren angewandt werden. Beispielsweise kann die wässrige Suspension oder Aufschlämmung der Fasern direkt verwandt werden, indem eine Zufuhr in die Pulpeströmung erfolgt, wodurch eine vollständige Integration der Faserherstellung mit der Papierherstellung möglich ist. Die Fasern können auch im trockenen Zustand gewonnen werden, beispielsweise durch Aussieben der Fasern. Vorzugsweise werden dann die Fasern erneut in einem nicht wässrigen Lösungsmittel wie Methanol, Äthanol, Isopropanol oder Aceton erneut aufgeschlämmt, in welchen die Fasern nicht löslich sind. Die Fasern werden dann beispielsweise durch Filtration wieder zurückgewonnen und getrocknet. Die Entfernung des Wassers kann auch in einer Zentrifuge erfolgen oder mit Hilfe von Spannungs- oder Sprühtrocknung. Nach der Trocknung kön-The length, cross-sectional area and configuration of the fibers depend on a number of further parameters in addition to the factors already mentioned. For example, the Viscosity, the solids content of the starch dispersion as well as the special ones in the coagulating solution and / or the starch dispersion related components have additional factors that are used in conjunction with the parameters already described can to control the dimensions of the fibers. Depending on the intended use of the fibers, different extraction methods can be used can be applied. For example, the aqueous suspension or slurry of the fibers can be directly related by feeding it into the pulp flow, thus fully integrating fiber production with paper production is possible. The fibers can also be obtained in the dry state, for example by sieving the Fibers. The fibers are then preferably again in a non-aqueous solvent such as methanol, ethanol, isopropanol or acetone re-slurried in which the fibers are not soluble. The fibers are then recovered, for example by filtration, and dried. The distance the water can also be done in a centrifuge or with the help of tension or spray drying. After drying
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nen die Fasern erneut in ein wässriges Medium eingebracht werden und besitzen dann ein sehr gutes Verteilungsvermögen unter Beibehaltung ihrer diskreten diskontinuierlichen Struktur. Wahl weise können die Fasern aus der Aufschlämmung ausfiltriert, gewaschen und wieder in Wasser in Mengen bis zu etwa 50% Feststof fen eingebracht werden, um nasse Schichten für eine nachfolgende Weiterbearbeitung herzustellen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die verwandte Stärke chemisch behandelt werden, um die Eigenschaften der Fasern zu ändern, oder um die Ausbildung der kolloidalen Dispersion zu beeinflussen. Wahlweise können die Stärkefasern nach der Ausbildung behandelt werden, um gewisse funktioneile Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise kann die Stärke durch Aminoäthylation chemisch behandelt werden, um ein schnelles Dispersionsvermögen der Stärke in der Dispersion zu erzielen, welche Behandlung auch zu der Herstellung von Fasern führt, die eine kationische Ausladung bei Verwendung in einem wässrigen Medium aufweisen. Ferner kann eine Stärke verwandt werden, die zur Bildung anionischer Gruppen modifiziert wird, so daß sie in einer Dispersion stabil ist und Fasern mit anionischen Eigenschaften hergestellt werden können. Die Fasern können auch nach ihrer Bildung modifiziert werden, um spezielle funktionelle Eigenschaften zu erzielen. Eine verbesserte anionische Funktionalität kann durch Bleichen der Fasern nach der Ausfällung erzielt werden, solange dies nicht unter so einschneidenden Bedingungen er folgt, daß dadurch die Fasern zerstört werden. Die Eigenschaften der Fasern können auch durch Verwendung von Mischungen modifizierter und unmodifizierter Stärkearten oder durch den Zusatz anderer funktioneller Materialien wie Polyacrylsäure gesteuert werden, um die speziell gewünschten Eigenschaften erzielen zu können. Es ist ferner möglich, dem dispergierenden Medium gewisse Hydrokolloide zuzugeben und die Hydrokolloide zusammen mit der Stärke zu extrudieren, um Stärke-Hydrokolloidfasern herzustellen. Zur Herstellung derartig kombinierter Fasern ist es lediglich erforderlich, daß das Hydrokolloid (in kleineren Mengen von weniger als 5% des gesamten Feststoffgewichts) zusammen mit der Stärke in einem Zustand kolloidalerThe fibers can be introduced again into an aqueous medium and then have a very good distribution capacity while maintaining their discrete discontinuous structure. Optionally, the fibers can be filtered out of the slurry, washed and reintroduced into water in amounts up to about 50% solids to produce wet layers for subsequent processing. According to a further embodiment of the invention, the starch used can be treated chemically in order to change the properties of the fibers or in order to influence the formation of the colloidal dispersion. Optionally, the starch fibers can be treated after formation to achieve certain functional properties. For example, the starch can be chemically treated by aminoethylation in order to achieve rapid dispersibility of the starch in the dispersion, which treatment also leads to the production of fibers which have a cationic discharge when used in an aqueous medium. Furthermore, a starch can be used which is modified to form anionic groups so that it is stable in a dispersion and fibers with anionic properties can be produced. The fibers can also be modified after their formation to achieve specific functional properties. Improved anionic functionality can be achieved by bleaching the fibers after precipitation, as long as this is not done under conditions so severe that the fibers are destroyed as a result. The properties of the fibers can also be controlled by using mixtures of modified and unmodified types of starch or by adding other functional materials such as polyacrylic acid in order to be able to achieve the specifically desired properties. It is also possible to add certain hydrocolloids to the dispersing medium and to extrude the hydrocolloids together with the starch in order to produce starch hydrocolloid fibers. To produce such combined fibers it is only necessary that the hydrocolloid (in smaller amounts of less than 5% of the total solids weight) together with the starch in a state of colloidal
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Dispersion gehalten wird, bevor die Berührung mit dem koagulierenden Bad erfolgt. Bei Verwendung von in Wasser dispergierbaren Hydrokolloiden wie Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Hydroxyathylcellulose ist es lediglich erforderlich, das Hydrokolloid in Wasser zuzusetzen, in dem die Stärke dispergiert ist. Im Falle anderer Hydrokolloide wie Casein ist es erforderlich, der Dispersion Alkalien zuzusetzen, um die kolloidale Dispersion zu bilden.Dispersion is kept before contact with the coagulating Bath takes place. When using water-dispersible hydrocolloids such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, Hydroxyethyl cellulose only requires the hydrocolloid to be added in water in which the starch is dispersed. In the case of other hydrocolloids such as casein, it is necessary to adding alkalis to the dispersion to form the colloidal dispersion.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in Wasser unlösliche Zusatzstoffe gleichförmig der Stärkedispersion zugemischt werden und dann in den resultierenden Stärkefasern eingebettet werden. Wasserlösliche Zusatzstoffe wie Pigmente, Metallpulver, Latex, Öl, Weichmacher, Mikrokügelchen (Glaskügelchen, geschäumte Kieselsäure oder andere Materialien mit geringer Dichte in geblasener oder ungeblasener Form) können in Stärkefasern eingebettet werden, die gemäß der Erfindung hergestellt werden. In entsprechender Weise können wasserunlösliche synthetische Polymere oder Latices wie Polyvinylacetat, Polyacrylnitril oder Polystyrol in die Fasern eingebettet werden. Ferner kann die Dichte der Stärkefasern durch Einbettung von Luft oder anderen Gasen in die Stärkedispersion vor der Einleitung in das koagulierende Bad geändert werden.In an advantageous development of the invention, in Water-insoluble additives are uniformly mixed into the starch dispersion and then incorporated into the resulting starch fibers be embedded. Water-soluble additives such as pigments, metal powder, latex, oil, plasticizers, microspheres (Glass beads, foamed silica or other low density materials in blown or unblown form) embedded in starch fibers made according to the invention. In a corresponding manner, water-insoluble synthetic polymers or latices such as polyvinyl acetate, Polyacrylonitrile or polystyrene can be embedded in the fibers. Furthermore, the density of the starch fibers can be increased by embedding of air or other gases in the starch dispersion prior to introduction into the coagulating bath.
Gewisse wasserlösliche feste Zusatzstoffe können ebenfalls zusammen mit den Stärkefasern extrudiert werden. In derartigen Fällen wird der Zusatzstoff in der wässrigen Stärkedispersion gelöst und dem koagulierenden Bad wird eine ausreichende Menge eines verträglichen Salzes zugesetzt, das zur Ausfällung des Zusatzstoffs geeignet ist. Beispielsweise kann handelsüblicher Harzleim der Stärkedispersion zugesetzt und in ein koagulierendes Bad extrudiert werden, das das funktionelle Stärke koagulierende Salz zusammen mit einer ausreichenden Aluminiumsulfatmenge enthält, um das Harz unter Bildung von Fasern mit einer kombinierten Zusammensetzung auszufällen.Certain water-soluble solid additives can also be extruded along with the starch fibers. In such Cases the additive is dissolved in the aqueous starch dispersion and the coagulating bath is given a sufficient amount of a compatible salt that is suitable for precipitating the additive is added. For example, can be more commercially available Resin glue added to the starch dispersion and extruded into a coagulating bath which coagulates the functional starch Salt along with a sufficient amount of aluminum sulfate to cause the resin to form fibers with a combined composition to precipitate.
Die Wasserunlöslichkeit von Stärkefasern, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, kann ferner durch die Einbettung üblicher Vernetzungsmittel wie Harnstoff-The water insolubility of starch fibers, which according to the Process according to the invention are produced, can furthermore by embedding common crosslinking agents such as urea
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Formaldehyd, Glyoxal, Harnstoff-Melaminformaldehyd, Kymene (Wz der Fa. Hercules Inc., Wilmington, Delaware) verbessert werden. Derartige Vernetzungsmittel können der Stärkedispersion vor der Extrusion oder nachträglich den Stärkefasern zugesetzt werden. Formaldehyde, glyoxal, urea-melamine-formaldehyde, Kymene (Wz from Hercules Inc., Wilmington, Delaware). Such crosslinking agents can be added to the starch dispersion be added to the extrusion or subsequently to the starch fibers.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen hängt die Menge des der Stärkedispersion zuzuführenden Zusatzstoffes innerhalb weiter Grenzen von dem speziellen Zusatzstoff und dem betreffenden Verwendungszweck ab. Es können deshalb Zusatzstoffe in Mengen zwischen etwa 0,01% und etwa 80% zugesetzt und in die Stärkefasern eingebettet werden.In all the exemplary embodiments described, the Amount of additive to be added to the starch dispersion within further limits on the particular additive and intended use. There can therefore be additives added in amounts between about 0.01% and about 80% and embedded in the starch fibers.
Die resultierenden diskontinuierlichen Stärkefasern besitzen eine ausreichende Integrität, Beständigkeit und mechanische Unempfindlichkeit, daß sie ohne weiteres in einer Vielzahl von Anwendungsfällen anwendbar sind, insbesondere auch in Textilien und geformten Gegenständen sowie bei der Papierherstellung. The resulting discontinuous starch fibers have sufficient integrity, durability and mechanical properties Insensitivity that they are readily available in a multitude of applications are applicable, especially in textiles and molded articles as well as in papermaking.
Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele soll die Erfindung beispielswe i?.e näher erläutert werden. Falls nichts anderes angebe} an ist, sind bei den Ausführungsbeispielen«alle Teile Gewichtsteile.The invention is based on the following exemplary embodiments for example, are explained in more detail. Unless otherwise stated, the exemplary embodiments are all Parts parts by weight.
Es wurde eine Aufschlämmung aus unmodifizierter Maisstärke mit einem Amylopektingehalt von nahezu 100% in Wasser mit einem Feststoffgehalt von 10% hergestellt. Die Aufschlämmung wurde dann in einem Wasserbad bei einer Temperatur von 96°C unter Umrühren während 30 Minuten gekocht. Nach dem Kochen wurde die resultierende Stärkedispersion auf 22°C abgekühlt und die Viskosität betrug bei Messung in einem RVF-Brookfield-Viskosimeter 50OO cps bei 20 RPM.It became an unmodified corn starch slurry with an amylopectin content of almost 100% in water produced a solids content of 10%. The slurry was then boiled in a water bath at a temperature of 96 ° C with stirring for 30 minutes. After cooking it was the resulting starch dispersion cooled to 22 ° C and the Viscosity was when measured in an RVF Brookfield viscometer 50OO cps at 20 RPM.
Die Stärkedispersion wurde dann bei einem Druck vonThe starch dispersion was then at a pressure of
2
703,08 g/cm durch eine Mehrfachdüse aus rostfreiem Stahl e:2
703.08 g / cm through a multiple nozzle made of stainless steel e:
trudiert, die 100 Öffnungen mit einem Durchmesser von 204,2truded, the 100 openings with a diameter of 204.2
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Mikrometer aufwies. Die Dispersion wurde unter einem Winkel von etwa 90 in ein umgerührtes wässriges koagulierendes Bad aus 44 Gewichtsprozent wässriger Lösung von Ammoniumsulfat extrudiert, die auf Raumtemperatur gehalten wurde. Die Extrusion wurde während 3O Minuten durchgeführt und die resultierenden diskontinuierlichen Fasern wurden in der Salzlösung während einer weiteren Stunde umgerührt.Micrometers. The dispersion was poured out at an angle of about 90 ° into a stirred aqueous coagulating bath 44 percent by weight aqueous solution of ammonium sulfate extruded, which was kept at room temperature. The extrusion was carried out for 30 minutes and the resulting discontinuous Fibers were stirred in the saline for an additional hour.
Danach wurden die Fasern aus der Salzlösung durch Aussieben mit einem Edelstahlsieb mit 0,149 mm lichter Maschenweite ausgesiebt und zur Entfernung des Salzes mit Wasser gewaschen. Die Fasern können direkt in einer betreffenden Stufe eines Papierherstellungsverfahrens zugeführt werden, oder zu einer nassen Schicht verfestigt werden, die etwa 50% Feststoffe enthält.The fibers were then removed from the salt solution by sieving them with a stainless steel sieve with a mesh size of 0.149 mm sieved out and washed with water to remove the salt. The fibers can be used directly in a relevant stage of a papermaking process or solidified into a wet layer containing about 50% solids.
Wahlweise können die Fasern in trockener Form nach der Abtrennung von der Salzlösung gewonnen werden, indem sie in eine Lösung aus Äthylalkohol gebracht und während 10 Minuten damit vermischt werden. Die Fasern können dann aus der Alkohollösung durch Filtration und Trocknung in Luft oder in einem Ofen wiedergewonnen werden. Die hergestellten diskontinuierlichen Stärkefasern besaßen einen Durchmesser von durchschnittlich etwa 100 Mikrometer und eine Länge zwischen 500 und 3000 Mikrometer. Die Fasern waren gegen Wasser unempfindlich und konnten nach dem Trocknen ohne weiteres wieder in Wasser dispergiert werden, wobei sie ihre ursprüngliche Struktur und Konfiguration beibehielten. Alternatively, the fibers can be recovered in dry form after separation from the saline solution by placing them in a Bred solution of ethyl alcohol and mixed with it for 10 minutes. The fibers can then come out of the alcohol solution recovered by filtration and drying in air or in an oven. The discontinuous starch fibers produced had an average diameter of about 100 micrometers and a length between 500 and 3000 micrometers. The fibers were insensitive to water and could after readily redispersed in water upon drying, maintaining their original structure and configuration.
Beispiele 2-22Examples 2-22
Diese Beispiele dienen zur Erläuterung der Verwendung einer Anzahl von Stärkefcasen und Dispergierverfahren bei dem Verfahren gemäß der Erfindung. Es wurde entsprechend dem Verfahren in Beispiel 1 vorgegangen, wobei die in Tabelle I aufgeführten Materialien, Dispergierverfahren und Parameter verwandt wurden. In allen Fällen waren die resultierenden Fasern gegen Wasser unempfindlich und zeigten für den betreffenden Verwendungszweck zufriedenstellende sonstige Eigenschaften.These examples serve to illustrate the use of a number of starch casings and dispersing processes in the Method according to the invention. The procedure in Example 1 was followed, with those listed in Table I. Materials, dispersing method and parameters related became. In all cases, the resulting fibers were insensitive to and exhibited water resistance Intended use satisfactory other properties.
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Beispiele 23-26Examples 23-26
Diese Beispiele dienen zur Erläuterung unterschiedlicher Eintrittswinkel der Stärkeströmung in das koagulierende Bad.These examples serve to explain different angles of entry of the starch flow into the coagulating bath.
Bei den vier folgenden Beispielen wurde eine Dispersion mit 10% Feststoffgehalt unmodifizierter Getreidestärke in einer 15%igen alkalischen Lösung hergestellt. Die resultierende Dispersion besaß eine Viskosität von 2100 cps und wurde unter einemIn the following four examples, a dispersion with 10% solids content of unmodified corn starch was used in one 15% alkaline solution made. The resulting dispersion possessed a viscosity of 2100 cps and was below one
Druck von 2812,32 g/cm durch eine Mehrlochdüse extrudiert, deren Öffnungen einen Durchmesser von 204,2 Mikrometer aufwies. Die weitere Behandlung erfolgte entsprechend Beispiel 1 unter Verwendung der Parameter in Tabelle II.A pressure of 2812.32 g / cm was extruded through a multi-hole nozzle, the openings of which had a diameter of 204.2 micrometers. The further treatment took place according to Example 1 using the parameters in Table II.
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Bei- Stärkebasis Stärkespiel fest-At- strength base strength game fixed-
stoffgehalt substance content
Dispersions- Viskosi- Düsen- Einverfahren tat bei durch- tritts-22°C messer winkel (cps) (10-6m)Dispersion viscose nozzle single process did at -22 ° C knife angle (cps) (10-6m)
Salzsalt
Durchschn. Faserdurch messerAverage Fiber diameter
Druck (g/cm2)Pressure (g / cm 2 )
O CD OOO CD OO
Sauer umgewan- 38
delter MaisSauer converted 38
old corn
Aminoäthylier- 10
tes GetreideAminoethylating 10
tes grain
Getreide 10Grain 10
Kartoffel 10Potato 10
Tapioka 7,5Tapioca 7.5
Aminoäthylier- χο
te KartoffelstärkeAminoethylating χο
te potato starch
Amylon 5(1) 13Amylon 5 (1) 13
Amylon 5 13Amylon 5 13
Amylon 5 15Amylon 5 15
Amylon 5 15Amylon 5 15
Amylon 5Amylon 5
Amylon 5Amylon 5
1313th
1313th
kochenCook
kochenCook
15% basisch 236515% basic 2365
15% basisch 87515% basic 875
15% basisch 150015% basic 1500
15% basisch 150015% basic 1500
40% basisch 262040% basic 2620
40% basisch 262040% basic 2620
gekocht in 2000cooked in 2000
DMSODMSO
Paraform- 1025Paraform 1025
aldehydaldehyde
40% basisch 262040% basic 2620
40% basisch 262040% basic 2620
204,2 204,2204.2 204.2
337,5 102,1 102,1 102,1337.5 102.1 102.1 102.1
337,5 204,2 204,2 204,2337.5 204.2 204.2 204.2
204,2 204,2204.2 204.2
45°(7O
(3045 ° (7O
(30
45°(9O
(1045 ° (9O
(10
(NH4)2S04 44
(NHJ0SO. 44(NH 4 ) 2 S0 4 44
(NHJ 0 SO. 44
,SO4 44
,SO4 44, SO 4 44
, SO 4 44
η 2S04 44
(NH4)2SO4 44η 2 S0 4 44
(NH 4 ) 2 SO 4 44
(NH4)(NH 4 )
(NH4)
(NH4)(NH 4 )
(NH 4 )
44
1544
15th
(NZ4)2S04 44
(NH4)2SO4 44(NZ 4 ) 2 S0 4 44
(NH 4 ) 2 SO 4 44
(NH4)2SO4 28
Na2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 28
Na 2 SO 4
(NHJ ,.SO. 28
4 2 4(NHJ, .SO. 28
4 2 4
H2SO4 H 2 SO 4
100 75100 75
150150
100100
100100
450 150 150 125450 150 150 125
150 150150 150
1406,16 1406,161406.16 1406.16
703,08 703,08 703,08 703,08703.08 703.08 703.08 703.08
2109,24 1054,62 1054,62 1054,622109.24 1054.62 1054.62 1054.62
1054,62 1054,621054.62 1054.62
Ca) Ca)Ca) Ca)
-16--16-
OD CO CDOD CO CD
spielat
game
fest-
stoff-
gehaltStrength-
fixed-
material-
salary
verfahrenDispersion
procedure
tät bei
22OC
(cps)Viscose
at
22OC
(cps)
durch
messer
(10~^m)Nozzles
by
knife
(10 ~ ^ m)
tritts
winkelA
kick
angle
Salzsalt
- Art- Art
_» 20 Stärkemischung mit 55% Amylopektin (2) ίο_ »20 starch mixture with 55% amylopectin (2) ίο
21 Oxidierte Getreidestärke 21 Oxidized corn starch
22 Sauer umgewandelte sulfosuccinierte Getreidestärke 22 Sour converted sulphosuccinated corn starch
40% basisch 2350 gekocht40% basic 2350 cooked
gekochtcooked
90509050
Durch-% sehn.
Faserdurchmesser See through%.
Fiber diameter
NH4NH2SO3
NH4NH2SO3
(NH4)H2PO4
(90 Na3SO4 NH 4 NH 2 SO 3
NH 4 NH 2 SO 3
(NH 4 ) H 2 PO 4
(90 Na 3 SO 4
:lo (NH4)2so4 : lo (NH 4 ) 2 so 4
ge.sät-100
"fcigtge.sät-100
"fcigt
■> 90
75■> 90
75
90
7590
75
7575
H2SO4 H 2 SO 4
204,2 204,2204.2 204.2
204,2204.2
(NH4)(NH 4 )
9595
7575
(NH4)(NH 4 )
Druck (g/cm2)Pressure (g / cm2)
703,08 703,08 703,08 703,08 703,08 703,08703.08 703.08 703.08 703.08 703.08 703.08
703,08 356,54703.08 356.54
150 1406,1b National Starch150 1406.1b National Starch
(1) Eine Hybridgetreidestärke, die etwa 52% Amylose enthält (Handelsname der Fa
and Chemical Corporation)(1) A hybrid corn starch containing about 52% amylose (trade name of the company
and Chemical Corporation)
(2) Mischung aus 58% Getreidestärke und 42% einer Hybridstärke mit 70% Amylose, um ein Stärkeprodukt mit 55% Amylopektin zu erhalten.(2) Mixture of 58% corn starch and 42% hybrid starch with 70% amylose to form a starch product with 55% amylopectin.
Ca) Ca)Ca) Ca)
-17--17-
Beispiel Eintritts- Geschwindigkeits- Durchschnittli-Example entry speed average
winkel verhältnis eher Faserdurch-(Salz/Stärke) messer (lO angle ratio rather fiber diameter (salt / starch) diameter (lO
23 0° - (3) 13823 0 ° - (3) 138
24 45° 8,9 7324 45 ° 8.9 73
25 90° 6,99 8525 90 ° 6.99 85
26 180° 0,15 56526 180 ° 0.15 565
(3) Bedeutungslos wegen des speziellen Eintrittswinkels(3) Insignificant because of the special entry angle
Die resultierenden Fasern hatten einen unterschiedlichen Durchmesser (Breite), die in der Tabelle angegeben ist. Die flachsten Querschnitte ergaben sich bei einem Eintrittswinkel von 90 und der am besten runde Querschnitt bei einem Eintrittswinkel von 180°.The resulting fibers were different Diameter (width) given in the table. The flattest cross-sections were found at an entry angle of 90 and the best round cross-section with an entry angle of 180 °.
Es wurden zwei Stärkedispersionen mit einem Feststoffgehalt von 10% hergestellt. Die eine wurde aus Getreide stärke (corn) mit 15% Alkalien, die andere aus Maisstärke (waxy maize) unter Verwendung der Verfahren in den Beispielen 1-22 hergestellt. Die Dispersionen wurden in acht Lösungen von Salzmischungen eingeführt, die 44% Feststoffe enthielten und aus 90 Teilen Ammoniumsulfat und 10 Teilen eines der folgenden Teile bestanden: Natriumsulfat, Ammoniumbisulfit, Ammoniumpersulfat, Ammoniumnitrit, Ammoniumkarbonat, Ammoniumbikarbonat, Ammoniutribromid, Ammoniumoxa- lat, Natriumchlorid und Kaliumsulfat.Two starch dispersions with a solids content of 10% were prepared. One was made from corn starch (corn) with 15% alkalis, the other from corn starch (waxy maize) using the procedures in Examples 1-22. The dispersions were introduced into eight solutions of mixed salts containing 44% solids and consisting of 90 parts of ammonium sulfate and 10 parts of any of the following: sodium sulfate, ammonium bisulfite, ammonium persulfate, ammonium nitrite, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium tribromide, ammonium oxalate , sodium chloride and potassium sulfate .
In allen Fällen wurden zufriedenstellend wasserunempfindliche Stärkefasern hergestellt.In all cases the water insensitivity was satisfactory Made of starch fibers.
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Beispiel 28Example 28
Unter Verwendung des grundsätzlichen Verfahrens in Beispiel 1 wurde eine Aufschlämmung sus Maisstärke mit 15% Feststoffgehalt hergestellt, die auf 96°C erhitzt wurde, bis ein Zustand kolloidaler Dispersion erzielt wurde.Using the basic procedure in Example 1, a 15% solids slurry was made of corn starch which was heated to 96 ° C until a state of colloidal dispersion was achieved.
Eine Pigmentdispers ion wurde getrennt mit gleichen Teilen von Sb„O-i und trockenem Vinylchloridpulver hergestellt, wobei eine Benetzung in Wasser mit 1,5% Pigment erfolgte, so daß der gesamte Feststoffgehalt 65% betrug.A pigment dispersion was separated in equal parts made of Sb "O-i and dry vinyl chloride powder, wherein wetting in water with 1.5% pigment took place so that the total solids content was 65%.
Die Pigmentdispers ion wurde dann der vorher hergestellten und gekühlten Stärkedispersion zugesetzt, so daß gleiche trockene Anteile jeder Komponente vorhanden waren und der schließliche Feststoffgehalt 24,4 Gewichtsprozent betrug.The pigment dispersion then became that previously prepared and added to the cooled starch dispersion so that there were equal dry portions of each component and the eventual one Solids content was 24.4 percent by weight.
Die Mischung wurde dann in ein koagulierendes Bad wie Ammoniumsulfat wie in Beispiel 1 eingeführt und gegen Wasser unlösliche Fasern mit eingekapseltem Sb-O^-Vinylchlorid wurden hergestellt. The mixture was then placed in a coagulating bath such as ammonium sulfate as introduced in Example 1 and water insoluble fibers with encapsulated Sb-O ^ vinyl chloride were prepared.
Beispiele 29-41Examples 29-41
Unter Verwendung der Verfahren in den Beispielen 1-22 wurden Stärkefasern hergestellt, die gewisse wasserunlösliche Zusatzstoffe enthielten. Die einzelnen Komponenten und Mengen sind in Tabelle III angegeben. In allen Fällen wurden wasserunempfiidliche Stärkefasern hergestellt, die zufriedenstellende Eigenschaften für den betreffenden Verwendungszweck aufwiesen.Using the procedures in Examples 1-22, starch fibers were made containing certain water-insoluble additives contained. The individual components and amounts are given in Table III. In all cases they were not susceptible to water Starch fibers produced which had satisfactory properties for the intended use.
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Bei- Stärke
spielAt- strength
game
ZusatzstoffAdditive
% des Zusatzstoffs in den
Stärkefasern% of the additive in the
Starch fibers
BemerkungenRemarks
MaisCorn
TitandioxidTitanium dioxide
22,7% 0,2% (bezogen auf22.7% 0.2% (based on
das kombinierte Feststoffgewicht) Tetranatriumpyro- phosphat als Dispergiermittel zugesetztthe combined weight of solids) tetrasodium pyrophosphate as a dispersant added
pulveraluminum
powder
GetreidestärkeUncooked
Corn starch
TonerdePulverized
Clay
kügelchenBlown micro
globules
kügelchen Unblown micro
globules
5% Al„(SO4) - zum Ausfällen des Harzes dem koagu1 ierenden Bad zugesetzt5% Al “(SO 4 ) - added to the coagulating bath to precipitate the resin
AnhydrideAkenyl succi-
Anhydrides
hältlich von Marathon
Chemical) wurde als
Dispergiermittel zu
gesetztMarasperse B (he
keep from marathon
Chemical) was named
Dispersant too
set
propylphosphat (ein oberflächenaktives Mittel, das von der Fa. Rohm und Haas erhältlich ist) wurde als Dispersionsmittel zugesetzt propyl phosphate (a surface-active Agent that is available from Rohm and Haas) was used as a dispersant added
709839/ 1083 709839/1083
Beispiel 42Example 42
Dieses Beispiel dient zur Erläuterung der Verwendung von
Hydrokolloiden in Verbindung mit Stärke zur Herstellung von Fasern
aus Stärke und Hydrokolloiden. Das Beispiel dient auch zur Erläuterung eines Verfahrens zur Einbettung von Luft in die Fasern,
um Fasern mit einer geringeren Dichte herzustellen.This example explains how to use
Hydrocolloids in combination with starch for the production of fibers from starch and hydrocolloids. The example also serves to illustrate a method for embedding air in the fibers in order to produce fibers with a lower density.
Eine Dispersion von Amylon 5 wurde durch Aufschwemmung der Stärke in Wasser hergestellt und 40% Ätzalkali, bezogen auf das Trockengewicht, der Stärkebasis zugesetzt, wobei mechanisch umgerührt wurde. Eine Dispersion von Polyvinylalkohol mit 4% Feststoffen wurden hergestellt und während 1 Stunde bei 82°C erhitzt, wobei ebenfalls umgerührt wurde. Die Dispersionen von Stärke und Polyvinylalkohol wurden miteinander vermischt, so daß die schließliche Mischung folgende Anteile enthielt:A dispersion of Amylon 5 was prepared by suspending the starch in water and adding 40% caustic alkali, based on the dry weight, to the starch base, with mechanical stirring. A dispersion of 4% solids polyvinyl alcohol was prepared and heated at 82 ° C for 1 hour with stirring as well. The dispersions of starch and polyvinyl alcohol were mixed together so that the final mixture contained the following proportions:
7,5 Teile Amylon 5
2,5 Teile Polyvinylalkohol
3,0 Teile Natriumhydroxid
87,0 Teile Wasser7.5 parts Amylon 5
2.5 parts polyvinyl alcohol
3.0 parts sodium hydroxide
87.0 parts of water
Die Mischung wurde dann in einen Hobart-Mischer gegeben und während 15 Minuten bei hoher Drehzahl umgerührt. Es ergab sich ein dicker Schaum, der etwa 6O Volumenprozent Luft enthielt. Die Mischung wurde dann durch eine Mehrfachdüse mit lOO Öffnungen extrudiert, von denen jede einen Durchmesser von 204,2 Mikrometer besaß, und unter einem Winkel von 90° in ein koagulierendes Bad mit 2896 Ammoniumsulfat eingeführt. Gegen Wasser unempfindliche Fasern wurden hergestellt, die Luftbläschen enthielten und ein geringeres spezifisches Gewicht als Wasser besaßen, sowie einen Durchmesser von etwa 175 Mikron.The mixture was then placed in a Hobart mixer and stirred at high speed for 15 minutes. A thick foam resulted, containing about 60 percent air by volume. The mixture was then extruded through a multiple nozzle having 100 orifices, each 204.2 micrometers in diameter, and introduced at a 90 ° angle into a coagulating bath containing 2896 ammonium sulfate. Fibers insensitive to water were made which contained air bubbles and had a specific gravity less than water and a diameter of about 175 microns.
709839/1083709839/1083
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